DE69105103T2

DE69105103T2 - Niederdruckentladungslampe.

Info

Publication number: DE69105103T2
Application number: DE69105103T
Authority: DE
Inventors: Efim Goldburt; Wim Hellebrekers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: HU913779D0; US5138224A; JPH04269440A; CN1062056A; JP2993789B2; DE69105103D1; EP0489463A3; HU206787B; EP0489463A2; HUT59768A; EP0489463B1; CN1031850C

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckentladungslampe mit einem geschlossenen Entladungsgefäß, in dem zwei Elektroden angeordnet sind, zwischen denen eine Entladung im Betrieb aufrechterhalten wird.
In den bekannten Niederdruckentladungslampen haben die benutzten, Elektronen emittierenden Elektroden eine Spulenstruktur, in der das Elektronenemissionsmaterial als Beschichtung auf einem gewickelten Wolframdraht angebracht ist.
Bei einer derartigen Elektrode ist es ein Problem, daß das Verwirklichen einer guten Steuerung der Menge des auf dem gewickelten Wolframdraht anzubringenden Materials schwierig ist. Hierdurch ist es nicht leicht, die Lebensdauerverteilung der Lampen zu steuern, um Lampen mit einer genau eingestellten Lebensdauerverteilung herzustellen. Dies ist die Folge davon, daß die Lebensdauer der Lampe stark abhängig ist von der auf der Elektrode angebrachten Menge des Emissionsmaterials. Da es fast ausgeschlossen ist, das Anbringen von Emissionsmaterialmengen auf einer beschichteten Wolfram-Drahtelektrode gleichmäßig zu steuern, ist es schwierig, Lampen mit einer geeignet eingestellten Lebensdauerverteilung herzustellen.
Ein anderes Problem ist, daß durch die physikalische Art der eine Wolframspule benutzenden Elektrode es nicht möglich ist, die Elektrode mit einer besonderen Form herzustellen.
Außerdem ist die Herstellung einer Elektrode, in der das Emissionsmaterial auf einer Doppelschraubenelektrode angesammelt wird, wie sie heutzutage verwendet werden, eine ziemlich schwierige Bearbeitung und es ist dabei teure Ausrüstung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Niederdruckentladungslampe mit besseren Elektroden zu schaffen.
Erfindungsgemäß ist eine Lampe eingangs erwähnter Art dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode aus einer gesinterten Mischung von 50...90 Gew.% an W, von 5...25 Gew.% an BaO oder aus einer 1:1:1 Gewichtsmischung von BaO, CaO und SrO, und von 5...25 Gew.% an einem Metalloxid aus der Gruppe der Oxide mit Y, Zr, Hf und der Seltenerden besteht, wobei jede Elektrode eine Porosität von weniger als etwa 10% und einen Widerstand von mehr als 1 Ohm besitzt.
Durch die Verwendung der gesinterten Elektroden wurde gefunden, daß die Möglichkeit besteht, die Lebensdauererwartung der Lampe genauer zu steuern. Außerdem werden durch die bedeutende Erleichterung der Herstellung im Vergleich zu einer Lampe mit einer gewickelten Elektrode die Selbstkosten der Elektrodenherstellung und damit die Kosten der Lampe stark reduziert. Weiter besitzen die erfindungsgemäßen Elektroden einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert (mehr als 1 Ohm), wodurch die Anwendung eines minimalen Kathodenstroms erforderlich ist. Auch zeigen die erfindungsgemäßen Lampen eine verhältnismäßig stabile Entladung.
Da die Verwendung gesinterter Elektroden in Entladungslampen bekannt ist, sind die mit gesinterten Elektroden bestückten Lampen Hochdruckentladungslampen. Eine derartige Lampe ist beispielsweise in der US-Patentschrift 4 303 848 veranschaulicht.
Da jedoch in den erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampen den Elektroden vor der Bogenbildung ein größerer Strom durchfließt (Heißkathodenbetrieb), weshalb der Widerstand der Elektroden hoch sein muß, durchfließt den Elektroden in den Hochdrucklampen dieser Patentschrift kein größerer Strom. Daher ist es für diese Lampen unwichtig, daß die Elektroden einen höheren Widerstandswert haben. Faktisch haben die Elektroden vorzugsweise einen niedrigen Widerstandswert.
In der US-Patentschrift 4 808 883 ist eine Entladungslampe mit einer aus einem Halbleiter-Keramikmaterial angefertigten Elektrode dargestellt. Die Elektrode in dieser Lampe enthält, abweichend von der erfindungsgemäßen Lampe, kein Wolfram als Hauptbestandteil, sondern nur zu einem Betrag von 0,8 Mol. %.
In der US-Patentschrift 3 766 423 sind Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen mit Heißkathodenelektroden durch Vermischung von Wolfram mit Oxiden von Barium oder mit Mischungen der Oxide von Barium, Calcium und Strontium dargestellt. Jedoch ist dabei kein Yttriumoxid vorhanden. Außerdem wird in dieser Patentschrift das Pressen und Sintern nicht zum Erzeugen einer Elektrode mit einer Porosität von weniger als etwa 10% durchgeführt. Das Sintern wird jedoch derart ausgeführt, daß die erzeugte Elektrode ein Dichtegefälle mit 80% Blasen in der Elektrodenoberfläche hat, das sich abwärts bis zu 10% Blasen in den mittleren Teil der Elektrode erstreckt. Hierdurch wurde gefunden, daß derartige Elektroden sehr brüchig und schwer entgasbar sind.
Da jedes Metalloxid der Gruppe der Oxide von Yttrium, Zirkon und Hafnium anwendbar ist, wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn das Metalloxid Y&sub2;O&sub3; ist.
Vorzugsweise besteht jede Elektrode aus einer Mischung von 50 bis 80 Gew.% an Wolfram, von 10 bis 25 Gew.% an Yttriumoxid und von 10 bis 25 Gew.% an Bariumoxid, wobei die Teilchenabmessung dieser Bestandteile 0,05 bis 10 um beträgt.
Da die Elektroden jede gewünschte Form erhalten können, sind sie auf geeignete Weise stabförmig mit einer Länge von wenigstens 5 mm, mit einer Länge bis zu etwa 30 mm und vorzugsweise bis zu etwa 15 oder 20 mm. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Stabs 0,5 bis 2 mm.
Die Elektroden werden durch Pressen und Sintern von Mischungen von Wolframpulvern und den Oxiden hergestellt, oder das Wolframpulver wird zunächst mit den Oxiden in einer Sol-Gel-Technik bedeckt und annschließend die beschichteten Pulver gepreßt und gesintert.
Der Preßvorgang erfolgt im allgemeinen durch isostatisches Pressen bei einem Druck von etwa 55...262 MPa (8.000 - 38.000 Pfund je Quadratzoll).
Der Sintervorgang erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre vorzugsweise in einer Atmosphäre mit etwa 5% an Wasserstoff in einem inerten Gas, wie z.B. Helium, auf einer Temperatur von etwa 1600...2200 ºC von 5 Minuten bis zu 1 Stunde.
Da die Elektroden direkt in Stäbe gepreßt und gesintert werden, können sie zunächst zu gesinterten Pastillen gebildet und anschließend zu Stäben mit der gewünschten Abmessung geschnitten werden.
Die Elektroden werden direkt mit den Stromzuführungsdrähten verbunden, zum Beispiel durch Punktschweißen.
Vorzugsweise ist die Lampe eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer geringen Quecksilbermenge und einem Edelgas auf einem Druck von 133 bis 1333 Pa (1 - 10 Torr).

Beispiel

80 Gew.% an Wolfram mit einer Teilchenabmessung von 0,4 um wurde mit 10 Gew.% an Yttriumoxid und 10 Gew.% an Bariumoxid beschichtet.
Das Wolframpulver wurde unter Anwendung einer Sol-Gel-Technik mit dem Yttriumoxid und dem Bariumoxid beschichtet. Bei der Ausführung dieser Technik wurde das Wolframpulver in einer Mischung von Yttriumpropoxid und Bariumbutoxid in organischen Lösungensmitteln in Konzentrationen gestreut, um 10 Gew.% an Yttriumoxid und 10 Gew.% an Bariumoxid zu erhalten. Die Mischung wurde darauf in eine Dispersion gebildet und die daraus entstehende Dispersion wurde auf einer Temperatur von etwa 90 ºC zum Entfernen von Lösungsmitteln erwärmt. Das entstandene beschichtete Pulver wurde darauf bei einer Temperatur von etwa 620 ºC zwei Stunden in einer Stickstofatmosphäre mit etwa 2% Wasserstoff geheizt.
Das Pulver wurde darauf zu Pastillen (Dicke 1,4 mm und Durchmesser 25 mm) durch Pressen unter einem Druck von etwa 131 MPa (19000 Pfund je Quadratzoll) geformt. Danach wurden die Pastillen auf 2000 ºC etwa 1 Stunde in einer Atmosphäre von 95% an Helium und 5 % an Wasserstoff gesintert. Die erzeugten Pastillen wurden danach zu Stäben von 0,9 x 1,0 x 18 mm geschnitten.
Die erzeugten Stäbe hatten Porositäten von weniger als 10% bei einem Widerstandswert von 2 bis 4 Ohm.
Eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe wurde mit zwei Elektroden hergestellt, die aus je einem Stab vom oben erwähnten Beispiel bestand. Die Stäbe waren derart angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht auf die Achse des Entladungsgefäßes verliefen.
Mit dieser Lampe wurden folgende Versuche durchgeführt. Unter Verwendung einer Gleichspannungsspeisung (600 V, 1 A) und eines Widerstands als Ballastwiderstand wurden eine Lampenspannung und ein Lampenstrom für verschiedene Heizströme überwacht, während die Lampe mit einem Bogen betrieben wurde und die Kathode Strom führte.
Die Zeit zwischen den Messungen betrug etwa zwei Minuten und die Umgebungstemperatur etwa 22 ºC. Die Ergebnisse sind in nachstehende Tabelle aufgenommen. Tabelle 1 Lampenspannung abhängig vom Lampenstrom bei mehreren Kathodenheizströmen Kathodenstrom (A) Lampenstrom (mA)
Die verzeichneten Werte geben deutlich an, daß die in dieser Lampe erzeugte Entladung in einem großen Bereich von Kathodenstrom und Lampenströmen stabil war.
Das Verhältnis zwischen Kathodenstrom und Kathodenspannung ist in nachstehender Tabelle angegeben. Tabelle 2 10%-BaO-Kathode I-V Merkmale Kathodenstrom A Kathodenspannung V
In dieser Tabelle ist angegeben, daß der kalte Widerstand der Kathode etwa 0,5 Ohm und der Widerstandswert der Kathode etwa 1,31 Ohm bei 2,8 A betrug.
Die Lampe wurde abermals gestartet und der Lampenstrom ILA betrug etwa 400 mA und der Kathodenstrom senkte sich von 2,2 auf 0 A. Die Entladung war stabil. Der Lampenstrom wurde von 400 auf 150 mA gesenkt. Beim letztgenannten Strom destabilisierte sich die Entladung. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle aufgezeichnet. Tabelle 3 Lampenspannung und Lampenstrom bei verschiedenen Kathodenströme Kathodenstrom A Lampenstrom mA Lampenspannung V
Die Enfladung war bis zum Reduzieren des Lampenstroms auf 150 mA stabil. Also war die in der Lampe erzeugte Entladung in einem großen Bereich von Lampenströmen stabil.
Die einzige Figur in der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Niederdruckquecksilberdampf-Fluoreszenzlampe mit gesinterten Elektroden.
Die Lampe enthielt ein geschlossenes Glas-Entladungsgefäß 1, das Quecksilber und ein Edelgas. z.B. Argon, enthält. Im Gefäß 1 sind die Elektroden 2 und 3 angeordnet, zwischen denen eine Entladung im Betrieb der Lampe aufrechterhalten wird. Die Elektroden sind erfindungsgemäße stabförmige gesinterte Elektroden. Das Entladungsgefäß 1 ist an seiner Innenseite mit einer Leuchtstoffschicht 4 bedeckt. Die Leuchtstoffschicht 4 enthält wenigstens ein leuchtendes Material (Phosphor), das bei Anregen mit hauptsähclich 254 nm Strahlung aus der Quecksilberentladung sichtbare Strahlung emittiert.

Claims

1. Niederdruckentladungslampe mit einem geschlossenen Entladungsgefäß (1), in dem zwei Elektroden (2, 3) angeordnet sind und zwischen denen eine Entladung im Betrieb aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (2, 3) aus einer gesinterten Mischung von 50 bis 90 Gew.% an W, von 5...25 Gew.% an BaO oder aus einer 1:1:1 Gewichtsmischung von BaO, CaO und SrO, und von 5...25 Gew.% an einem Metalloxid aus der Gruppe der Oxide mit Y, Zr, Hf und der Seltenerden besteht, wobei jede Elektrode (2, 3) eine Porosität von weniger als etwa 10% und einen Widerstand von mehr als 1 Ohm besitzt.

2. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Y&sub2;O&sub3; ist.

3. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (2, 3) aus einer gesinterten Mischung von 50 bis 80 Gew.% an W, von 10 bis 25 Gew.% an Y&sub2;O&sub3; und von 10 bis 25 Gew.% an BaO besteht.

4. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (2, 3) stabförmig mit einer Länge von wenigstens 5 mm ist.

5. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sintern die Teilchenabmessung von W 0,05 bis 10 um, die Teilchenabmessung von BaO 0,05 bis 10 um und die Teilchenabmessung von Y&sub2;O&sub3; 0,05 bis 10 um betragen.